基于單片機(jī)的精密溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

熱電致冷器件特別適合于小熱量和受空間限制的溫控領(lǐng)域。改變加在器件上的直流電的極性即可變致冷為加熱，而吸熱或放熱率則正比于所加直流電流的大小。Pe1tier 溫控器的設(shè)定溫度可以在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)任意選擇，可選擇低于或高于環(huán)境溫度。
在本系統(tǒng)中我們選用了天津藍(lán)天高科電源有限公司生產(chǎn)的半導(dǎo)體致冷器件 TES1－12739,其最大溫差電壓 14.7V,最大溫差電流3.9A最大致冷功率33.7W。
1.5 其它部分
系統(tǒng)采用Samsung（三星）公司生產(chǎn)的真空熒光數(shù)碼顯示屏 VFD用來實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前溫度，以觀察控制效果。鍵盤和串行通信接口用來設(shè)定控制溫度和調(diào)整PID參數(shù)。系統(tǒng)電路原理圖如圖3所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)開始工作時(shí)，首先由單片機(jī)控制軟件發(fā)出溫度讀取指令，通過數(shù)字溫度傳感器 DS18B20 采樣被控對象的當(dāng)前溫度值T1并送顯示屏實(shí)時(shí)顯示。然后，將該溫度測量值與設(shè)定值T比較，其差值送 PID控制器。PID 控制器處理后輸出一定數(shù)值的控制量，經(jīng)DA 轉(zhuǎn)換為模擬電壓量，該電壓信號(hào)再經(jīng)大電流驅(qū)動(dòng)電路，提高電流驅(qū)動(dòng)能力后加載到半導(dǎo)體致冷器件上，對溫控對象進(jìn)行加熱或制冷。加熱或制冷取決于致冷器上所加電壓的正負(fù)，若溫控對象當(dāng)前溫度測量值與設(shè)定值差值為正，則輸出負(fù)電壓信號(hào)，致冷器上加載負(fù)電壓溫控對象溫度降低；反之，致冷器上加載正向電壓，溫控對象溫度升高。上述過程：溫度采樣－計(jì)算溫差－PID調(diào)節(jié)－信號(hào)放大輸出周而復(fù)始，最后將溫控對象的溫度控制在設(shè)定值附近上下波動(dòng)，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，波動(dòng)幅度會(huì)逐漸減小到某一很小的量，直至達(dá)到控制要求。為了加快控制，在進(jìn)入PID控制前加入了一段溫差判斷程序。當(dāng)溫度差值大于設(shè)定閾值Δt時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行全功率加熱或制冷，直到溫差小于Δt才進(jìn)入PID控制環(huán)節(jié)。圖4為系統(tǒng)工作主程序的軟件流程圖．

3 結(jié)論
本文設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)數(shù)字PID控制的精密溫度控制系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的控制效果，溫度控制精度達(dá)到±0.1℃。經(jīng)48小時(shí)連續(xù)運(yùn)行考驗(yàn)，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，有效地降低了輻亮度標(biāo)準(zhǔn)探測器的溫度系數(shù)，使輻亮度標(biāo)準(zhǔn)探測器在溫度變化較大的環(huán)境中也能保持其高精度，為實(shí)現(xiàn)基于探測器的高精度輻射定標(biāo)的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：在原來基于PC的PID溫控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了由單片機(jī)、數(shù)字式溫傳感器DS18B20和半導(dǎo)體致冷器組成的精密溫度控制系統(tǒng)。該溫控系統(tǒng)的應(yīng)用為高精度光輻射測量儀器－輻亮度標(biāo)準(zhǔn)探測器的小型化、智能化提供了有利條件。